高中物理 第五章第一節(jié) 《交變電流》知能演練輕松闖關 新人教版選修3-2

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111 2013-2014學年高中物理 第五章第一節(jié) 交變電流知能演練輕松闖關 新人教版選修3-2 1．關于交變電流和直流電的說法中，正確的是(　　) A．如果電流大小隨時間做周期性變化，則一定是交變電流 B．直流電的大小和方向一定不變 C．交變電流一定是按正弦規(guī)律變化的 D．交變電流的最大特征就是電流的方向隨時間做周期性的變化 解析：選D.直流電的特征是電流的方向不變，電流的大小可以改變．交變電流的特征是電流的方向隨時間改變．交變電流有多種形式，正弦式交流電只是交變電流中最基本、最簡單的一種，故選D. 2．(2013莆田高二檢測)如圖所示，屬于交流電的是(　　) 解析：選C.方向隨時間做周期性變化是交變電流最重要的特征．A、B、D三項所示的電流大小隨時間做周期性變化，但其方向不變，不是交變電流，它們所表示的是直流電．C選項中電流的方向隨時間做周期性變化，故選C. 3．線圈在勻強磁場中勻速轉動，產生交變電流的圖象如圖所示，由圖可知(　　) A．在A、C時刻線圈處于中性面位置 B．在B、D時刻穿過線圈的磁通量為零 C．從A時刻到D時刻線圈轉過的角度為π D．若從O時刻到D時刻經過0.02 s，則在1 s內交變電流的方向改變100次 解析：選D.A、C時刻感應電流最大，線圈位置與中性面垂直，B、D時刻感應電流為零，線圈在中性面，此時磁通量最大．從A時刻到D時刻線圈轉過角度為.若從O時刻到D時刻經過0.02 s，即線圈轉動一周用時0.02 s，且在這個時間內電流方向改變2次，則在1 s內交變電流的方向改變2＝100次，故選D. 4. (2013沈陽二中高二檢測)如圖所示，一矩形線圈abcd，已知ab邊長為l1，bc邊長為l2，在磁感應強度為B的勻強磁場中繞OO′軸以角速度ω從圖示位置開始勻速轉動，則t時刻線圈中的感應電動勢為(　　) A．0.5Bl1l2ωsin ωt　　　　　　 B．0.5Bl1l2ωcos ωt C．Bl1l2ωsin ωt D．Bl1l2ωcos ωt 解析：選D.因為開始時刻線圈平面與磁感線平行，即從垂直于中性面開始運動，所以開始時刻線圈中感應電動勢最大為Em＝Bl1l2ω，感應電動勢的表達形式應為余弦形式，因此在t時刻線圈中的感應電動勢為Bl1l2ωcos ωt, 故選D. 5. (2013東城區(qū)高二檢測)如圖所示，一小型發(fā)電機內有n＝100匝矩形線圈，線圈面積S＝0.10 m2，線圈電阻可忽略不計．在外力作用下矩形線圈在B＝0.10 T勻強磁場中，以恒定的角速度ω＝100π rad/s繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉動，發(fā)電機線圈兩端與R＝100 Ω的電阻構成閉合回路．求： (1)線圈轉動時產生感應電動勢的最大值； (2)從線圈平面通過中性面時開始，線圈轉過90角的過程中，通過電阻R橫截面的電荷量． 解析：(1)線圈中感應電動勢的最大值 Em＝nBSω＝3.1102 V. (2)設從線圈平面通過中性面時開始，線圈通過90角所用時間為Δt，線圈中的平均感應電動勢＝ 通過電阻R的平均電流＝＝ 在Δt時間內通過電阻橫截面的電荷量 Q＝Δt＝＝1.010－2 C. 答案：(1)3.1102 V　(2)1.010－2 C 一、選擇題 1．(單選)下列線圈中不能產生交變電流的是(　　) 解析：選A.由正弦式交流電的產生條件可知，軸必須垂直于磁感線，但對線圈的形狀沒有特別要求．故選A. 2．(多選)對于如圖所示的電流i隨時間t做周期性變化的圖象，下列說法中正確的是(　　) A．電流大小變化，方向不變，是直流電 B．電流大小、方向都變化，是交流電 C．電流最大值為0.2 A D．電流做周期性變化，是交流電 答案：AC 3. (單選)如圖所示，一矩形線圈繞與勻強磁場垂直的中心軸OO′沿順時針方向轉動，引出線的兩端分別與相互絕緣的兩個半圓形銅環(huán)M和N相連．M和N又通過固定的電刷P和Q與電阻R相連．在線圈轉動過程中，通過電阻R的電流(　　) A．大小和方向都隨時間做周期性變化 B．大小和方向都不隨時間做周期性變化 C．大小不斷變化，方向總是P→R→Q D．大小不斷變化，方向總是Q→R→P 解析：選C.由于MN換向器的作用，由右手定則可知通過R的電流方向不變，總是由P→R→Q.故C選項正確． 4．(單選)一臺旋轉電樞式交流發(fā)電機，在正常工作時的正弦電動勢e＝220 sin 100πt V，由于超負荷使電樞轉速降低了，這時的電動勢是(　　) A．e＝220sin 100πt V B．e＝220sin 90πt V C．e＝198sin 100πt V D．e＝198sin 90πt V 解析：選D.由于超負荷，使電樞轉速降低了，即轉速變?yōu)樵瓉淼?，n′＝0.9n，所以電動勢的最大值Em′＝NBSω′＝0.9Em＝0.9220 V＝198 V，角速度ω′＝2πn′＝2π0.9n＝0.9ω＝0.9100π rad/s＝90π rad/s，故選D. 5．(多選)如圖所示為一個矩形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動．線圈內磁通量隨時間t變化如圖乙所示，則下列說法中正確的是(　　) A．t1時刻線圈中的感應電動勢最大 B．t2時刻ad的運動方向與磁場方向垂直 C．t3時刻線圈平面與中性面重合 D．t4，t5時刻線圈中感應電流的方向相同 解析：選BC.t1時刻通過線圈的Φ最大，磁通量變化率最小，此時感應電動勢為零，A錯誤；在t2，t4時刻感應電動勢為Em，此時ad、cb的運動方向均垂直于磁場方向，B正確；t1、t3、t5時刻Φ最大，＝0，此時線圈平面垂直于磁場方向，稱為中性面，C正確；t5時刻感應電流為零，D錯誤．故選BC. 6．(多選)(2013華南師大附中高二月考)線圈在勻強磁場中轉動產生電動勢e＝10sin 20πt V，則下列說法正確的是(　　) A．t＝0時，線圈平面位于中性面 B．t＝0時，穿過線圈的磁通量最大 C．t＝0時，導線切割磁感線的有效速率最大 D．t＝0.4 s時，e有最大值10 V 解析：選AB.由電動勢的瞬時值表達式知，計時從線圈位于中性面時開始，所以t＝0時，線圈平面位于中性面，磁通量為最大，但此時導線線速度方向與磁感線平行，切割磁感線的有效速率為零，A、B正確，C錯誤．當t＝0.4 s時，e＝10sin 20πt V＝10sin(20π0.4) V＝0，D錯誤．故選AB. 7．(多選)如圖甲所示，一矩形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉軸OO′以恒定的角速度ω轉動．當從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈中產生的交變電流按照圖乙所示的余弦規(guī)律變化，則在t＝時刻(　　) A．線圈中的電流最大 B．穿過線圈的磁通量為零 C．線圈所受的安培力為零 D．線圈中的電流為零 解析：選CD.t＝＝，此時線圈位于中性面位置，所以穿過線圈的磁通量最大，B錯誤，由于此時感應電動勢為零，所以線圈中電流為零．線圈所受的安培力為零，A錯誤，C、D正確．故選CD. 8. (單選)如圖所示，單匝矩形線圈的一半放在有界勻強磁場中，中心軸線OO′與磁場邊界重合，線圈繞中心軸線按圖示方向(從上向下看逆時針方向)勻速轉動，t＝0時刻線圈平面與磁場方向垂直，規(guī)定電流方向沿abcd為正方向，則下圖中能表示線圈內感應電流隨時間變化規(guī)律的是(　　) 解析：選B.在0～內，ab一側的線圈在磁場中繞OO′軸轉動產生正弦式交變電流，電流方向由楞次定律判斷為dcba且越來越大.～內，ab一側線圈在磁場外，而dc一側線圈又進入磁場產生交變電流，電流方向為dcba且越來越小，以此類推，可知it圖象正確的為B. 009.(多選)(2013武漢三中高二月考)如圖所示，甲、乙兩個并排放置的共軸線圈，甲中通有如圖所示的電流，則(　　) A．在t1到t2時間內，甲乙相吸 B．在t2到t3時間內，甲乙相斥 C．t1時刻兩線圈間作用力為零 D．t2時刻兩線圈間吸引力最大 解析：選ABC.甲回路電流的磁場減弱時，由楞次定律知，乙回路將產生與甲同向環(huán)繞的感應電流．甲、乙電流之間通過磁場發(fā)生相互作用，甲、乙相吸．同理，當甲中電流增強時，甲、乙互相排斥，故A、B選項都正確．t1時刻，甲中電流產生的磁場變化率為零，則乙線圈感生電流瞬時值為零，而t2時刻，甲中的電流變化最快，乙中感生電流最強，但此時甲中電流瞬時值為零，所以t1、t2時刻，甲、乙電流間相互作用力為零，C正確，D錯誤．故選ABC. 10．(單選)如圖甲所示，一矩形線圈abcd放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點的軸OO′以角速度ω逆時針勻速轉動．若以線圈平面與磁場夾角θ＝45時(如圖乙)為計時起點，并規(guī)定當電流自a流向b時電流方向為正．則圖丙中正確的是(　　) 解析：選D.矩形線圈繞垂直于勻強磁場的轉軸勻速轉動產生正弦式交變電流，在開始計時(t＝0)時線圈達到圖乙所示的位置，據右手定則判斷電流為負方向，首先排除A、B選項．若到達圖甲所示的位置，感應電流為負向的峰值，可見t＝0的時刻交變電流處于負半周且再經到達中性面位置，即φ0＝，瞬時表達式i＝Imsin(ωt－φ0)，所以 0＝Imsin，t＝.故選D. 二、非選擇題 11．一個面積為S的矩形線圈在勻強磁場中以某一邊為軸做勻速轉動，磁場方向與軸垂直．線圈中感應電動勢e與時間t的關系如圖所示．求： (1)磁感應強度B； (2)在t＝時刻，線圈平面與磁感線的夾角為多少？ 解析：(1)線圈在勻強磁場中勻速轉動產生余弦式交變電流，Em＝BSω＝BS，故B＝. (2)在t＝時刻線圈轉過的角度θ＝ωt＝＝＝30，也就是線圈平面與磁感線夾角為30. 答案：(1)　(2)30 12．發(fā)電機的轉子是匝數為100匝、邊長為20 cm的正方形線圈，將它置于磁感應強度B＝0.05 T的勻強磁場中，繞著垂直于磁場方向的軸以ω＝100π rad/s的角速度轉動，當線圈平面跟磁場方向垂直時開始計時．線圈和外電路的總電阻R＝10 Ω. (1)寫出交變電流瞬時值表達式； (2)線圈從計時開始，轉過過程中通過線圈某一截面的電荷量為多少？ 解析：(1)感應電動勢最大值為Em＝nBSω Em＝1000.050.20.2100π V＝20π V Im＝＝2π A，所以i＝Imsin ωt＝2πsin 100πt A. (2)線圈從計時開始，轉過過程中通過線圈某一截面的電荷量q＝t＝Δt＝.從中性面計時，轉過，如圖所示． ΔΦ＝BΔS＝BS(1－sin 30)＝BS q＝＝ C＝ C＝110－2 C. 答案：(1)i＝2πsin 100πt A　(2)110－2 C 111